JP2011136495A - 電動シリンダ、及び、その電動シリンダを備えたタイヤ加硫機の中心機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ネジ軸に対するナット部材の回り止めを容易に行なう。
【解決手段】電動シリンダは、円筒形状の内周面を有するチューブ７７と、チューブ７７内に配置され、内周面の中心軸線Ｃ１と平行で且つ当該中心軸線Ｃ１に対して偏心した位置に配置される回転軸線Ｃ２を有するネジ軸と、ネジ軸に螺合され、ネジ軸の回転により回転軸の軸方向（Ｚ方向）に沿って移動するナット部材７４ｂと、ナット部材７４ｂの移動に伴って軸方向に沿って移動するピストンロッド７６と、ナット部材７４ｂと一体的に軸方向に沿って移動し、少なくともチューブ７７の内周面において回転軸線Ｃ２から最も遠い部分に対して摺接する偏心ブッシュ７５とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転運動を直線運動に変換するネジ軸及びナット部材を備えた電動シリンダ、及び、その電動シリンダを備えたタイヤ加硫機の中心機構に関する。

タイヤ加硫機は、金型内に収容したグリーンタイヤと呼ばれる未加硫のタイヤを、金型内外から加熱して加硫成型する機械であって、ブラダと呼ばれる弾性を有する材料（例えば、ブチルゴム）からなる伸縮自在のゴムの袋が、その中心に取り付けられている。このブラダは、金型の中心に運び込まれたグリーンタイヤの内面に沿うように挿入され、その内部に蒸気などの高温高圧の加熱加圧媒体が供給されてグリーンタイヤは加硫される。一定時間、加熱及び加圧されて加硫されたグリーンタイヤは加硫済みのタイヤとなり、ブラダが外されて次の工程に運ばれる。このようなブラダ方式の加硫機には、グリーンタイヤに対してブラダの着脱を行うための装置が付属されており、タイヤ加硫機の中心機構と呼ばれている。特許文献１には、現在でも市場で広く使用されている液圧駆動の中心機構や、ボールねじ駆動の中心機構の中心機構を備えたタイヤ加硫機が開示されている。

上記特許文献１に記載の液圧駆動の中心機構は、その特許文献１の図１１及び図１２において、その動作及び構造が説明されているので、ここでは説明を省略するが、特許文献１に示すような液圧方式の中心機構では、以下の問題点がある。
（１）下部リング体での過度の熱損失により上下リング体の熱損失が異なり加硫が上下で不均一になる。
（２）液圧と加硫内圧とを同時にシールするためシールの信頼性に欠ける。
（３）上部リング体の振れが大きい。
（４）タイヤサイズに応じてスペーサの交換が必要であって、当該交換は劣悪な環境下で行なうことになる。また、配管の漏れの保守も必要である。

そこで、上記した液圧方式の他に、ネジ式の中心機構が提案されている。
この方式でも、液圧方式と同様に、上部リング体はピストンロッドの上部に取り付けられている。ピストンロッドの下部には、ボール受けナットがブッシュを介して取り付けられている。また、下部リング体を取り付けるヘッド部分を有するシリンダチューブが固定筒ガイドとブッシュによってガイドされて、駆動機構によって上昇又は下降可能である。また、このチューブの内側にはキーが固定され、このキーは前述のブッシュが回転せず、上昇又は下降できるように作用している。チューブの下部には、歯車伝動体が設けられ、この歯車とネジ軸が、このネジ軸下部のスプラインで連結されている。このネジ軸の下端には、スラスト軸受、ロッドを介してシリンダに嵌合するピストンが設けられ、このシリンダとピストンとがプレス開途中の上型と上部リング体との流動衝撃緩衝装置を構成している。また、前述の歯車装置は、モータによって駆動されている。

特公昭６２−６９６４号公報

上記ネジ式の中心機構では、以下の問題点がある。
（１）上部リング体を上下運動させる場合には、ネジ軸を回転させてその回転運動を直線運動に変換し、プレスで上部リング体を押し下げるときには上部リング体の直線運動をネジ軸の回転運動に変換している。いずれの場合にも、ネジ軸のナット部材がネジ軸と共に回転しないように、チューブの内側にキーがチューブのほぼ全長にわたって設けられると共に、そのキーに対応するキー溝がナット部材に固定されたブッシュに設けられる。これにより、ブッシュのキー溝とチューブのキーとを係合させることによって、回り止めを行なっている。このブッシュは、キー溝とキーとによってネジ軸の回転トルクに抗する力を受けながら上下にスライドすることになり、長時間使用すると摩耗することになり、交換が必要になる。
（２）また、キーの固定方法については記載されていないが、キーをチューブ全長にわたって前述の力に抗するように固定するためには、チューブ全長にわたるキー溝を設け、その溝にキーを嵌め込みさらに固定する必要がある。この場合、全長にわたるキー溝の加工と固定が困難で多大な費用を要する。

そこで、この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ネジ軸に対するナット部材の回り止めを容易に行なうことが可能な電動シリンダ及びその電動シリンダを備えたタイヤ加硫機の中心機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電動シリンダは、円筒形状の内周面を有するチューブと、チューブ内に配置され、内周面の中心軸線と平行で且つ当該中心軸線に対して偏心した位置に配置される回転軸線を有するネジ軸と、ネジ軸に螺合され、ネジ軸の回転により回転軸線の軸方向に沿って移動するナット部材と、ナット部材の移動に伴って軸方向に沿って移動するロッドと、ナット部材と一体的に軸方向に沿って移動し、少なくともチューブの内周面において回転軸線から最も遠い部分に対して摺接する回り止め部材とを備えている。

上記構成によれば、キー溝加工やスプライン加工等の回り止めのための加工をしなくても、簡単な加工で作成できる回り止め部材によって、ネジ軸に対するナット部材の回り止めを容易に実現することができる。
また、簡単な加工で回り止め部材を作成することができるので、キー溝加工やスプライン加工等を施す場合に比べて、コストダウンを図ることができる。
また、長尺なシリンダの内周の全長にわたってキー溝を施す必要がないので、ストロークの長い電動シリンダを容易に製作することができる。

上記した電動シリンダにおいて、好ましくは、回り止め部材の外周面とチューブの内周面とが、実質的に同径の円筒形状である。このように構成すれば、回り止め部材とチューブとが実質的に面接触するので、回り止め部材及びチューブの偏摩耗を抑制することができる。その結果、電動シリンダの長寿命化を期待できる。

上記した電動シリンダにおいて、好ましくは、ロッドは、その中心軸線が回転軸線と一致するように設けられると共に、チューブは、回転軸線と一致する中心軸線を有する円筒形状の外周面を有している。このように構成すれば、外観上において、チューブとロッドとが同軸上に配置された電動シリンダを得ることができる。これにより、当該電動シリンダを一般的な電動シリンダと同様に扱うことができ、汎用性が向上する。

本発明のタイヤ加硫機の中心機構は、上記したいずれかの電動シリンダと、電動シリンダのロッドの先端に取り付けられるタイヤ加硫用ブラダとを備えている。

上記構成によれば、キー溝加工やスプライン加工等の回り止めのための加工をしなくても、簡単な加工で作成できる回り止め部材によって、ネジ軸に対するナット部材の回り止めを容易に実現することができる。
また、簡単な加工で回り止め部材を作成することができるので、キー溝加工やスプライン加工等を施す場合に比べて、中心機構のコストダウンを図ることができる。
また、キー溝加工等を長尺のシリンダ内に施す必要がないので、ストロークの長い電動シリンダを備えた中心機構を容易に製作することができる。
また、回り止め部材の外周面とチューブの内周面とを実質的に同径の円筒形状にすることにより、回り止め部材とチューブとが実質的に面接触するので、回り止め部材及びチューブの偏摩耗を抑制することができる。その結果、電動シリンダの長寿命化を期待できる。
また、ロッドの中心軸線が回転軸線と一致するように設けると共に、チューブの外周面が回転軸線と一致する中心軸線を有する円筒形状にすることによって、外観上において、チューブとロッドとが同軸上に配置された電動シリンダを得ることができる。これにより、当該電動シリンダを一般的な電動シリンダと同様に扱うことができ、汎用性が向上する。

この発明による電動シリンダ及びその電動シリンダを備えたタイヤ加硫機の中心機構では、ネジ軸に対するナット部材の回り止めを容易に行なうことができる。

本発明の一実施形態に係る電動シリンダ及び中心機構を備えたタイヤ加硫機の全体構成を示した正面図である。 図１に示したタイヤ加硫機の上部要素が上昇した状態を示した正面図である。 図１に示したタイヤ加硫機の中心機構の正面図である。 図３に示した中心機構の電動シリンダに設けられる回り止め機構を説明するための図である。 本発明に係る偏心ブッシュの変形例を示した正面図である。 本発明に係る偏心ブッシュの変形例を説明するための図である。

以下、図面に基づいて、本発明に係る電動シリンダ及び中心機構の実施形態について説明する。

［中心機構６０の全体構成］
タイヤ加硫機１の中心機構６０は、モールド１０（上モールド１１、下モールド１２、サイドモールド１３）の中心に配置されるブラダＢをグリーンタイヤＴ内に着脱するための機構である。この中心機構６０は、主として、ブラダＢと、そのブラダＢを上下方向に移動させる電動シリンダ７０とを備えている。

［ブラダＢ］
図１及び図２に示すように、加硫されているタイヤＴの内側には、中心機構６０によって伸長するブラダＢが装着されている。図３に示すように、筒状のブラダＢの上縁部は、上部リング体６１（６１ａ，６１ｂ）で保持されている。具体的には、ブラダＢの上縁部は、その全周を上部リング体６１ａ及び６１ｂで上下方向から挟み込まれて気密に保持されている。そして、ブラダＢの上縁部を保持する上部リング体６１は、その中央部で、キャップ６２およびボルト６３により、後述する電動シリンダ７０のピストンロッド７６の上端部に取り付けられている。また、ブラダＢの下縁部は、上記した上縁部と同様に、下部リング体６４（６４ａ，６４ｂ（下部ビードリング１５））で保持されている。具体的には、ブラダＢの下縁部は、その全周を下部リング体６４ａ及び６４ｂで上下方向から挟み込まれて気密に保持されている。下部リング体６４ａは、タイヤ加硫機１の中心に配置された筒状のクランクリングハブ６５にネジ込まれて固定されている。また、下部リング体６４ｂは、その外径部が下モールド１２に嵌り込み、タイヤＴを取り出すときに、中心機構６０全体と共に上方に移動する。クランクリングハブ６５の下部には、加熱加圧媒体をブラダＢ内に供給するためのインターナルパイプ（図示せず）が連結されている。尚、ブラダＢ内に供給した加熱加圧媒体をブラダＢ内から排出するためのインターナルパイプ（図示せず）もクランクリングハブ６５の下部には連結されている。グリーンタイヤＴは、インターナルパイプからブラダＢの内部に供給された加熱加圧媒体により、内側から加熱加圧される。

［電動シリンダ７０］
電動シリンダ７０は、図３及び図４に示すように、駆動源としてのモータ７１と、モータに接続されたプーリ７２ａと、プーリ７２ａと所定の間隔を隔てて配置されるプーリ７２ｂと、プーリ７２ａ及びプーリ７２ｂに装着されたタイミングベルト７３と、プーリ７３ｂに接続されるボールネジ軸７４ａと、ボールネジ軸７４ａに螺合し当該ボールネジ軸７４ａの回転に伴って上下方向に移動可能なナット部材７４ｂと、ナット部材７４ｂに取り付けられる偏心ブッシュ（回り止め部材）７５と、ナット部材７４ｂの移動に伴って上下方向の移動可能なピストンロッド７６と、ピストンロッド７６の上下方向への移動をガイドする円筒形状のチューブ７７とを備えている。

上記構成の電動シリンダ７０において、モータ７１が駆動すると、当該モータ７１の駆動軸に接続されたプーリ７２ａが回転して、タイミングベルト７３を介してプーリ７２ｂが回転する。これにより、プーリ７２ｂに接続されるボールネジ軸７４ａが回転して、ナット部材７４ｂがボールネジ軸７４ａの回転軸線方向（上下方向、Ｚ方向）に沿って移動する。このようにナット部材７４ｂが上下方向（Ｚ方向）に移動すると、当該ナット部材７４ｂが取り付けられたピストンロッド７６がナット部材７４ｂと共に移動する。これにより、ピストンロッド７６の上端部に取り付けられるブラダＢの上縁部を所望の位置に配置される。その結果、ブラダＢが伸縮する。なお、ピストンロッド７６は、中空形状になっており、当該中空形状の内部空間には、ピストンロッド７６が下降したときにボールネジ軸７４ａが収容されるようになっている。

次に、ボールネジ軸７４ａに対するナット部材７４ｂの回り止め構造について説明する。
本実施形態では、ボールネジ軸７４ａに対してナット部材７４ｂが回転しないように構成することによって、ナット部材７４ｂが、位置固定されたボールネジ軸７４ａに対して上下方向に正確に移動することになる。図４に示すように、ピストンロッド７６の下端には、ピストンロッド７６の内径より大きな内径を有する拡径部７６ａが溶接により一体的に取り付けられている。この拡径部７６ａの内部には、ナット部材７４ｂの軸部７４ｃが入り込んでいる。ナット部材７４ｂのフランジ部７４ｄは、拡径部７６ａを下方から支持している。なお、軸部７４ｃは、軸方向（Ｚ方向）に延在する筒形状であって、その内周面にボールネジ軸７４ａに係合するボールを周回可能に収容する溝部が形成されると共に、フランジ部７４ｄは、軸部７４ｃの下端において、軸部７４ｃの外周面から外側に延在する鍔状の部分である。

ここで、本実施形態では、ナット部材７４ｂのフランジ部７４ｄの下面には、偏心ブッシュ７５が取り付けられている。この偏心ブッシュ７５は、鉄系の材料からなるチューブ７７に対して滑りのよいブロンズ系の材料が採用されている。この偏心ブッシュ７５は、中心軸線をＣ１とする半径Ｒ１の円環形状の部材であって、その外径は、チューブ７７の内径と実質的に同径である。そして、偏心ブッシュ７５の外周面と、チューブ７７の内周面とは、実質的に同径の円筒形状となっている。

図３に示すように、クランクリングハブ６５の下方には、チューブ７７が取り付けられており、そのチューブ７７の下端はボールネジ軸７４ａの下方の軸受７４ｃを支持しているブラケット７８に取り付けられている。なお、このブラケット７８は、図示しないシリンダによって中心機構６０全体を上下させるブラケット７９に固定されている。チューブ７７には、図４に示すように、中心軸線をＣ１とする半径Ｒ１の円筒形状の内周面、及び、中心軸線をＣ２とする半径Ｒ２の円筒形状の外周面が設けられている。そして、チューブ７７の内周面の中心軸線Ｃ１は、ボールネジ軸７４ａの回転軸線Ｃ２に対して偏心している。つまり、本実施形態では、チューブ７７内に配置されるボールネジ軸７４ａの回転軸線Ｃ２は、チューブ７７の内周面の中心軸線Ｃ１と平行で且つ中心軸線Ｃ１に対して偏心した位置に配置されている。具体的には、ボールネジ軸７４ａの回転軸線Ｃ２は、チューブ７７の内周面の中心軸線Ｃ１に対して、３[ｍｍ]偏心している。このように構成すると、偏心ブッシュ７５の外周についての中心軸線は、チューブ７７の中心軸線Ｃ１と一致し、且つ、偏心ブッシュ７５の偏心軸線（本実施形態では、ボールネジ軸７４ａが通る孔部の中心通る軸線）は、ボールネジ軸７４ａの回転軸線Ｃ２と一致する。つまり、偏心ブッシュ７５の中心軸線と偏心ブッシュ７５に固定されたナット部材７４ｂと係合するボールネジ軸７４ａの回転軸線とが一致しなくなり、偏心ブッシュ７５は、ボールネジ軸７４ａの回転軸線Ｃ２を中心に偏心回転運動しようとする。ここで、上記したように、偏心ブッシュ７５の外径は、チューブ７７の内径と実質的に同径であるので、偏心ブッシュ７５の外周面は、チューブ７７の内周面に対して摺接して、その回転が規制される。これにより、偏心ブッシュ７５と一体的に取り付けられるナット部材７４ｂの回転も規制されることになる。その結果、ボールネジ軸７４ａが回転すると、ナット部材７４ｂは回転ができずに、ボールネジ軸７４ａの軸方向に沿って正確に上下運動することになる。

また、本実施形態では、ピストンロッド７６は、その中心軸線がボールネジ軸７４ａの回転軸線Ｃ２と一致するように設けられると共に、チューブ７７は、当該回転軸線Ｃ２と一致する中心軸線を有する円筒形状の外周面を有している。従って、外観上、チューブ７７の中心軸線とピストンロッド７６の中心軸線とが、共にボールネジ軸７４ａの回転軸線において一致している。つまり、本実施形態では、チューブ７７の外周面の中心軸線と、チューブ７７の内周面の中心軸線とを偏心させるために、チューブ７７の厚さが偏肉（図４中右側が厚肉、図４中左側が薄肉）になっている。

本実施形態では、上記のように、キー溝加工やスプライン加工等の回り止めのための加工をしなくても、簡単な加工で作成できる偏心ブッシュ７５によって、ボールネジ軸７４ａに対するナット部材７４ｂの回り止めを容易に実現することができる。

また、本実施形態では、簡単な加工で偏心ブッシュ７５を作成することができるので、キー溝加工やスプライン加工等を施す場合に比べて、電動シリンダ７０、中心機構６０及びタイヤ加硫機１のコストダウンを図ることができる。

また、本実施形態では、長尺なシリンダの内周への全長にわたるキー溝加工が必要ないので、ストロークの長い電動シリンダ７０を容易に製作することができる。

また、本実施形態では、偏心ブッシュ７５の外周面とチューブ７７の内周面とを実質的に同径の円筒形状にすることによって、偏心ブッシュ７５とチューブ７７とが実質的に面接触するので、偏心ブッシュ７５及びチューブ７７の偏摩耗を抑制することができる。その結果、電動シリンダ７０の長寿命化を期待できる。

また、本実施形態では、ピストンロッド７６の中心軸線がボールネジ軸７４ａの回転軸線Ｃ２と一致するように設けられると共に、チューブ７７の外周面の中心軸線が回転軸線Ｃ２と一致するように設けることによって、外観上において、チューブ７７とピストンロッド７６とが同軸上に配置された電動シリンダ７０を得ることができる。これにより、当該電動シリンダ７０を他の部材へ取り付ける場合等において一般的な電動シリンダ７０と同様に扱うことができ、汎用性が向上する。

ボールネジ軸を用いたタイヤ加硫機の中心機構では、金型を閉じる際に上部リングをモールドで押し下げてしまうことがあるが、本実施形態では、ピストンロッド７６が押し下げられるとボールネジ軸７４ａの特性からこの下降力は、ナット部材７４ｂの回転力に変換されて、ピストンロッド７６が回転しようとする。そうすると、ナット部材７４ｂは回転できないので、ボールネジ軸７４ａに回転力が作用する。このとき、モータがフリーになっているか、保持のトルクが小さいとボールネジ軸７４ａが回転し、モータへの異常ロードがかかることなく、ナット部材７４ｂ及びピストンロッド７６が下降することになる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上記実施形態では、偏心ブッシュ７５の外周面の略全体がチューブ７７の内周面に摺接する例について説明したが、本発明はこれに限らず、図５に示した変形例に係る偏心ブッシュ１７５のように、少なくともチューブ７７の内周面において回転軸線Ｃ２から最も遠い部分Ｓに対して摺接すれば、偏心ブッシュ１７５及びナット部材７４ｂの回転を防止することができる。

また、上記実施形態では、ナット部材７４ｂに偏心ブッシュ７５を取り付ける例について説明したが、本発明はこれに限らず、ピストンロッド１７６が回転するのを防止することで、ナット部材７４ｂが回転するのを防止しても良い。具体的には、図６に示した変形例に係るピストンロッド１７６は、その下端にナット部材７４ｂを収容可能な拡径部１７６ａを備えており、その拡径部１７６ａの外周面には、上記実施形態で説明した偏心ブッシュ７５と同様の機構及び構成を有する偏心部１７６ｂが設けられている。

本発明を利用すれば、ネジ軸に対するナット部材の回り止めを容易に行なうことが可能な電動シリンダ及びその電動シリンダを備えたタイヤ加硫機の中心機構を得ることができる。

１ タイヤ加硫機
６０ 中心機構
７０ 電動シリンダ
７４ａ ボールネジ軸
７４ｂ ナット部材
７５，１７５，１７６ｂ 偏心ブッシュ（回り止め部材）
７６，１７６ ピストンロッド
７７ チューブ
Ｂ ブラダ
Ｃ１ 中心軸線
Ｃ２ 回転軸線
Ｔ グリーンタイヤ

Claims (4)

1. 円筒形状の内周面を有するチューブと、
   前記チューブ内に配置され、前記内周面の中心軸線と平行で且つ当該中心軸線に対して偏心した位置に配置される回転軸線を有するネジ軸と、
   前記ネジ軸に螺合され、前記ネジ軸の回転により前記回転軸線の軸方向に沿って移動するナット部材と、
   前記ナット部材の移動に伴って前記軸方向に沿って移動するロッドと、
   前記ナット部材と一体的に前記軸方向に沿って移動し、少なくとも前記チューブの内周面において前記回転軸線から最も遠い部分に対して摺接する回り止め部材とを備えることを特徴とする、電動シリンダ。
2. 前記回り止め部材の外周面と前記チューブの内周面とが、実質的に同径の円筒形状であることを特徴とする、請求項１に記載の電動シリンダ。
3. 前記ロッドは、その中心軸線が前記回転軸線と一致するように設けられると共に、
   前記チューブは、前記回転軸線と一致する中心軸線を有する円筒形状の外周面を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動シリンダ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動シリンダと、
   前記電動シリンダのロッドの先端に取り付けられるタイヤ加硫用ブラダとを備えたことを特徴とする、タイヤ加硫機の中心機構。

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